Quantum Mechanics는 이상한 이론이라는 것을 모두 알고 있지만 그 이유를 반드시 알 필요는 없습니다. 일반적인 이야기는 퀀텀 세상 자체가 이상하다는 것입니다. 중첩, 불확실성 및 얽힘 (관찰 된 입자 상태의 신비한 상호 의존성). 모든 이론은 타고난 특이성을 반영하는 것입니다.
설마. 양자 역학은 1927 년 Werner Heisenberg의 유명한 불확실성 원칙과 관련이없고, Albert Einstein과 1935 년에 Erwin Schrödinger라는 얽힘 (그리고 Erwin Schrödinger라는 두 명의 동료)과 함께하는 이상한 종류의 이론이되었습니다. 1926 년 독일 물리 학자 Max의 제안 덕분에 1926 년에 일어났습니다. Born은 양자 입자의 물결 성질을 해석하는 올바른 방법은 확률의 파일이라고 제안했습니다. Born은 전년도 Schrödinger가 제시 한 파도 방정식은 기본적으로 실험에서 특정 결과를 관찰 할 가능성을 계산하기위한 수학적 기계의 일부라고 말했다.
.다시 말해, Born의 규칙은 양자 이론을 실험과 연결합니다. 그것은 양자 역학을 과학적 이론으로 만드는 이유이며, 테스트 할 수있는 예측을 할 수 있습니다. University College London의 Lluís Masanes는“태어난 규칙은 양자 이론의 추상적 인 수학적 대상과 경험의 세계 사이의 중요한 연관성입니다.
문제는 Born의 규칙이 실제로 똑똑한 추측 이상이 아니라는 것입니다. Born이 그것을 제안하게 한 근본적인 이유는 없었습니다. 스페인 세비야 대학교의 양자 이론가 인 Adán Cabello는“정확한 정당화가없는 직관이었습니다. "그러나 그것은 효과가있었습니다." 그러나 지난 90 년 이상 동안 아무도 그 이유를 설명 할 수 없었습니다.
그 지식이 없다면, 양자 역학이 현실의 본질에 대해 무엇을 말하는지 알아내는 것은 여전히 어려운 일입니다. 양자 기초 전문가 인 홍콩 대학교의 Giulio Chiribella는“태어난 규칙을 이해하는 것은 양자 이론에 내재 된 세계의 그림을 이해하는 방법으로 중요하다.
몇몇 연구자들은 태어난 규칙을보다 근본적인 원칙에서 도출하려고 시도했지만 이러한 파생물 중 어느 것도 널리 받아 들여지지 않았습니다. 이제 캐나다 워털루의 이론 물리학의 주변 물리학 연구소의 Masanes와 그의 공동 작업자 토마스 갤리와 비엔나의 양자 광학 및 양자 정보 연구소의 Markus Müller는 양자 이론에 대한 깊은 공리에서 그것을 끌어내는 방법을 제안했습니다.
Masanes는“우리는 양자 이론에서 측정의 모든 속성을 도출합니다. 질문은 무엇인지, 답변이 무엇인지, 그리고 답변이 발생할 확률이 무엇인지
라고 말합니다.대담한 주장입니다. 그리고 양자 역학에서 측정이 무엇을 의미하는지에 대한 문제가 아인슈타인과 슈뢰딩거 시절부터 이론을 괴롭 혔다는 것을 감안할 때, 이것이 마지막 단어가 될 가능성은 거의 없을 것 같습니다. 그러나 Masanes와 동료들의 접근은 이미 칭찬을 받고 있습니다. Chiribella는“나는 그것을 많이 좋아한다
Cabello는이 작품은“일종의 '청소'운동입니다. “그리고 그것은 절대적으로 중요한 작업입니다. 이러한 중복성은 양자 이론을 완전히 이해하지 못하는 증상입니다.”
퍼즐이있는Schrödinger는 1925 년 프랑스 물리학 자 Louis de Broglie가 전자와 같은 양자 입자가 파도처럼 행동 할 수 있다는 제안에 대한 공식적인 설명으로 그의 방정식을 기록했다. Schrödinger 방정식은 입자의 미래 거동을 예측할 수있는 입자 A 파동 함수 (ψ)를 나타냅니다. 파도 함수는 순전히 수학적 표현이며 관찰 가능한 것과 직접 관련이 없습니다.
따라서 문제는 관찰 가능한 속성에 연결하는 방법이었습니다. Schrödinger의 첫 번째 성향은 우주의 어느 시점에서 그의 파도 기능의 진폭이 물파의 높이와 동등한 것으로 가정하는 것이 었습니다.
그러나 Born은 대신 파동 함수의 진폭이 확률, 구체적으로 실험적으로 검출되면 해당 위치에서 입자를 찾을 확률과 관련이 있다고 주장했다. 이 작품에 대한 1954 년 노벨상을 수상한 강의에서, Born은 1905 년에 아인슈타인이 제안한 양자“빛의 양자”를 간단히 일반화했다고 주장했다. 이 개념은 한 번에 ψ- 기능으로 전달 될 수 있습니다.”
그러나 이것은 지저분한 사고 열차에 대한 후 향적 정당성 일 수 있습니다. 처음에 태어난 것은이 확률을주는 그것이 단순히 ψ의 진폭이라고 생각했다. 그는 그것이 파도 함수의 정사각형, ψ (또는 엄격하게 말하면 모듈러스의 제곱 또는 절대 값)라고 신속하게 결정했습니다. 그러나이 중 어느 것이 옳은지가 명백하지는 않았습니다.
독일 쾰른 대학의 양자 이론가 인 Mateus Araújo는“Born은 와이어와 버블 껌을 사용하여 일하기 위해 양자 이론을 얻었습니다. "추악하고, 왜 그것이 작동하는지 알지 못하지만, 우리가 그것을 꺼내면 이론이 무너진다는 것을 알고 있습니다."
.그러나 태어난 규칙의 임의성은 아마도 그것에 대해 가장 이상한 일일 것입니다. 대부분의 물리 방정식에서, 변수는 예를 들어 뉴턴의 운동 법칙에서 신체의 질량 또는 속도와 같은 시스템의 객관적인 특성을 나타냅니다. 그러나 Born에 따르면 파도 기능은 이와 같지 않습니다. 양자 실체 자체에 대해 어떤 말을하는지 여부는 분명하지 않습니다. 오히려 그것은 우리가 보도록 선택할 수있는 것을 알려줍니다. 그것은 잘못된 방향을 가리 킵니다 :연구중인 시스템을 향해 내려가 아니라 관찰자의 경험을 향해 올라갑니다.
Chiribella는“양자 이론을 퍼즐로 만드는 것은 확률을 계산하는 방법만큼 태어난 규칙이 아닙니다. 그러나 우리는 측정 값이 시스템의 기존 속성을 드러내는 것으로 해석 할 수 없다는 사실”이라고
.또한, 이러한 확률을 전개하기위한 수학적 기계는 how 을 규정 한 경우에만 기록 할 수 있습니다. 당신은 찾고 있습니다. 다른 측정을 수행하면 두 경우 모두 동일한 시스템을 검사하는 것처럼 보이지만 다른 확률을 계산할 수 있습니다.
그렇기 때문에 파도 기능을 측정 결과로 전환하기위한 Born의 처방전에는 양자 이론의 모든 평판이 좋은 역설적 특성이 포함됩니다. 양자 물체의 관찰 가능한 특성은 측정 행위에서 확률 론적 방식으로 나타납니다. Cabello는“Born의 확률은 퍼즐이 실제로있는 곳입니다.
따라서 우리가 태어난 규칙이 어디에서 왔는지 이해할 수 있다면, 우리는 양자 이론에서 vexed 측정 개념이 실제로 무엇을 의미하는지 이해할 수 있습니다.
인수
그것이 단순히 배우고 받아들이는 것이 아니라 태어난 규칙을 설명하려는 노력을 크게 동기 부여했습니다. 1957 년 미국 수학자 앤드류 글리슨 (Andrew Gleason)이 제시 한 가장 유명한 시도 중 하나는이 규칙이 양자 역학의 표준 수학 구조의 다른 구성 요소 중 일부에서 나온다는 것을 보여줍니다. 즉, 원래 보이는 것보다 더 엄격한 패키지입니다. 마찬가지로 Gleason의 접근 방식은 양자 상태를 특정 측정 결과에 연결하는 데 필요한 수학적 형식주의의 몇 가지 주요 측면을 가정합니다.
태어난 규칙을 도출하기위한 매우 다른 접근법 중 하나는 양자 역학에 대한 논란의 여지가있는 많은 세계 해석을 이끌어냅니다. 많은 세계는 여러 가지 가능한 결과 중 하나만 선택하는 대신, 우리 자신과 분리 된 다른 우주에서 관찰이 모든 것을 실현한다고 가정함으로써 양자 측정의 퍼즐을 해결하려는 시도입니다. 1990 년대 후반, 다수의 옹호자 데이비드 도이치 (David Deutsch)는 명백한 양자 확률이 합리적 관찰자가 그러한 시나리오에서 예측을하기 위해 사용해야하는 것, 즉 태어난 규칙을 도출하는 데 사용할 수있는 주장이라고 주장했다. 한편, 이스라엘의 텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 레프 바이드 만 (Lev Vaidman)과 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 Sean Carroll과 Charles Sebens는 독립적으로 Split이 발생한 후에도 많은 세상의 여러 차례에 올바른 확률을 부여하는 유일한 규칙이라고 제안했습니다. 그 순간 관찰자들은 아직 우주의 지점을 아직 알지 못하지만 캐롤과 세 젠스는“그러한 경우에 신뢰를 불러 일으키는 독특한 합리적인 방법이 있으며, 이는 태어난 규칙으로 직접 이어집니다.”
.많은 세계 그림은 자체 문제로 이어집니다. 그러나 가능한 모든 결과가 확실히 실현되면“확률”이 무엇을 의미하는지에 대한 문제는 전혀 의미가 있습니다. Galley는 많은 세계 해석은“많은 기본 개념과 직관에 대한 급진적 인 점검이 필요하다”고 말했다. 또한, 일부는 나중에 같은 개인과 분할하기 전에 관찰자를 연결하는 일관된 방법이 없다고 말하면서 관찰자가 태어난 규칙을 적용하여“이벤트 전에”예측을하는 것이 무엇을 의미하는지 논리적으로 불분명합니다. 그러한 이유로, 태어난 규칙의 많은 세계 파생물은 널리 받아 들여지지 않습니다.
Masanes와 동료들은 이제 많은 우주는 물론 Gleason의 가정을 요구하지 않는 주장을 제시하여 태어난 규칙을 도출했습니다. 규칙은 일반적으로 양자 역학의 기본 가정에 대한 애드온으로 제시되지만, 측정이 고유 한 결과를 생성한다는 것을 인정하면 태어난 규칙이 자체적으로 나온다는 것을 보여줍니다. 즉, 양자 상태의 존재를 부여하고 그 중 하나만이 실제로 관찰되는 "고전적인"경험과 함께 두 사람을 연결하는 파도 기능을 제곱하는 것 외에는 선택의 여지가 없습니다. Masanes는“우리의 결과는 태어난 규칙이 좋은 추측 일뿐 만 아니라 논리적으로 일관된 추측 일뿐입니다.
그 결론에 도달하려면 몇 가지 기본 가정이 필요합니다. 첫 번째는 양자 상태가 일반적인 방식으로 공식화된다는 것입니다. 벡터로서 크기와 방향을 모두 소유합니다. 지구상의 각 장소가 경도, 위도 및 고도가 할당 된 지점으로 표현 될 수 있다고 말하는 것과는 다르지 않습니다.
다음 가정은 또한 양자 역학에서 완전히 표준적인 것입니다. 입자에 대한 측정이 없으면 "단일"이라고하는 방식으로 시간이 변합니다. 말로 말하자면, 이것은 변화가 매끄럽고 파괴적이라는 것을 의미하며 입자에 대한 정보를 보존합니다. 이것은 바로 Schrödinger 방정식이 규정하는 행동이며, 실제로 측정은 두통을 만드는 것이 단일성입니다. 측정은 종종 파동 함수의 "붕괴"라고 불리는 비 유적 프로세스이기 때문입니다. 측정에서는 여러 잠재적 상태 중 하나만 관찰됩니다. 정보가 손실됩니다.
연구원들은 또한 여러 부분의 시스템의 경우 해당 부품을 그룹화하는 방법이 측정 결과에 아무런 차이가 없어야한다고 가정합니다. 갤리는“이 가정은 매우 기본적이어서 어떤 의미에서는 세계에 대한 어떤 추론의 전제 조건이기도하다. 사과 3 마리가 있다고 가정 해 봅시다. “내가‘오른쪽에는 두 개의 사과가 있고 왼쪽에는 하나가 있고 왼쪽에는 두 개의 사과가 있고 오른쪽에는 하나가 있습니다.’라고 말하면 사과를 묘사하는 유효한 방법입니다. 우리가 왼쪽과 오른쪽의 분할 선을 위치시키는 사실은 주관적인 선택이며,이 두 가지 설명은 똑같이 정확합니다.”
.마지막 가정은 측정 자체를 수용하지만 가장 최소한의 의미에서 생각할 수 있습니다. 간단히 말해서 양자 시스템에서 주어진 측정 독특한 결과를 낳습니다. how 에 대한 가정은 없습니다 이런 일이 발생합니다 :양자 형식이 결과의 확률을 예측하기 위해 어떻게 사용되어야 하는가. 그러나 연구원들은 측정의 독창성에 대한 가정이 만족 될 경우이 과정이 태어난 규칙을 따라야한다는 것을 보여줍니다. 파도 함수에서 관찰 된 결과의 확률을 도출하기위한 태어난 규칙에 대한 대안은 초기 가정을 만족시키지 못할 것입니다.
결과는 이것보다 더 나아가고 있습니다. 또한 양자 역학의 측정 기계가 무엇에 관한 것인지를 정리할 수 있습니다. 요컨대, 해당 메커니즘에는 요구 사항에 대한 전체 기술 도구가 있습니다. 수학적 기능은 웨이브 기능을“작동”하여 측정 확률에 해당하는 고유 값이라고 불리는 것을 생성하는 웨이브 기능을 "작동"합니다. 그러나 그 중 어느 것도 Masanes와 동료들에 의해 처음부터 가정되지 않습니다. 오히려, 그들은 태어난 규칙과 마찬가지로 이러한 모든 요구 사항이 기본 가정에 암시되어 있으며 엑스트라로는 필요하지 않다는 것을 알게됩니다.
Galley는“우리는 단지 질문이 있다고 가정하고, 이들이 물었을 때 일부 확률로 단일 답변을 반환합니다. "우리는 양자 이론의 형식을 취하고 유일한 질문, 답변 및 확률이 양자라는 것을 보여줍니다."
.이 작업은 측정 결과가 왜 독특한 지에 대한 번거로운 질문에 대답 할 수 없습니다. 오히려 그것은 독창성을 공리적으로 만들어 측정의 정의의 일부로 바꿉니다. 결국 갤리는“우리가 과학을 시작하기 위해서는 우리가 필요하다”고 말했다.
그러나 양자 이론에서 "최소한의"가정으로 자격이되는 것은 거의 간단한 경우는 거의 없습니다. Araújo는 이러한 가정에 눈을 맞추는 것보다 더 많은 숨어있을 수 있다고 생각합니다. "그들은 측정이 존재하고 독특한 결과를 가지고 있다고 가정하는 것 이상"이라고 그는 말했다. "그들의 가장 중요한 가정은 양자 상태를 완전히 결정하기에 충분한 확률이있는 고정 된 측정 세트가 있다는 것입니다." 다시 말해, 측정이 존재한다고 말하는 문제 일뿐 만 아니라, 결과의 해당 확률을 갖는 측정은 당신이 알 수있는 모든 것을 말할 수 있다고 말하는 것입니다. 그것은 합리적으로 들릴지 모르지만 자명하게 사실은 아닙니다. 양자 이론에서는 거의 없습니다.
그래서 Araújo는이 논문을“위대한 일”이라고 부르지 만,“물 없이는 물이 없다는 사실을 알지 못한다고 생각하지는 않습니다. 그리고 그것은 또 다른 질문을 남기고 있습니다. 왜 태어난 규칙은 왜 확률을 명시하지 않고 명확한 결과가 아닌가?
법이없는 법률
이 프로젝트는 양자 역학의 기초를 탐구하는 몇몇 연구자들에게 인기를 얻은 프로젝트입니다.이 이국적이지만 다소 임시 이론이 직관하기 쉬운 몇 가지 간단한 가정에서 도출 될 수 있는지 확인합니다. Quantum Reconstruction이라는 프로그램입니다.
Cabello는 그 목표도 추구했으며, 정신적으로 비슷하지만 세부적으로 다른 태어난 규칙에 대한 설명을 제안했습니다. "나는 양자 이론을 시행하는 세상의 가장 간단한 그림을 찾는 데 집착하고있다"고 그는 말했다.
그의 접근 방식은 실제로 측정 결과를 지시하는 근본적인 물리 법칙이 없다는 도전적인 아이디어로 시작합니다. 모든 결과는 다른 실험의 결과 확률을 연결하는 일련의 논리적 일관성 요구 사항을 위반하지 않는 한 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 하나의 실험이 3 가지 가능한 결과 (특정 확률과 함께)를 생성하고 두 번째 독립 실험은 4 가지 가능한 결과를 생성한다고 가정 해 봅시다. 두 실험에 대한 가능한 결과의 결합 된 수는 3 배 또는 12 개의 가능한 결과이며, 수학적으로 정의 된 특정 가능성 세트를 형성하는 12 가지 가능한 결과입니다.
그러한 무법 현실은 양자 역학과 같은 정량적으로 예측 된 이론을 생성하기위한 거의 레시피처럼 들립니다. 그러나 1983 년 미국 물리학자인 존 휠러 (John Wheeler)는 때때로 계획되지 않은 군중 행동으로부터와 같이 물리 세계의 통계적 규칙이 그러한 상황에서 나올 수 있다고 제안했다. Wheeler는“모든 것이 수십억의 초등학생 현상에 수십억의 예측할 수없는 결과에 대해 Higgledy-Piggledy가 구축되었습니다. 그러나 이러한 현상을 지배하는 근본적인 법은 없을 수도 있습니다. 실제로, 그는 우리가 독립적 인 신체적 설명을 찾을 수있는 유일한 시나리오라고 주장했다. 그렇지 않으면 우리는 행동을 지배하는 기본 방정식이 훨씬 더 근본적인 원칙에 의해 설명되어야하는 무한한 회귀를 남겼 기 때문이다. Wheeler는“우주가 일부 마법 방정식에 의해 지배되는 기계라는 견해와 달리, 세계는 자기 합성 시스템입니다. 그는 물리학의 법과 같은 행동의 출현을“법없는 법”이라고 불렀습니다.
Cabello는 측정 결과가 양자 시스템에서 보이는 동작에 순종하도록 제한되면, 예를 들어 특정 측정이 상호 의존적 인 (얽힌)로 만드는 방식으로 상관 관계가있을 수 있음을 발견했습니다. 또한 태어난 규칙에 의해 처방되어야합니다.
Cabello는“태어난 규칙은 우리가 인간이 결과를 지배하는 물리적 현실에 법이 없을 때 확률을 부여하기 위해 우리의 합리적인 이론으로 만족 해야하는 논리적 제약으로 밝혀졌다”고 말했다. 그런 다음 태어난 규칙은 단지 근본적인 물리법이 아니라 논리에 의해 지시됩니다. Cabello는“확률이 0과 1 사이에 있어야한다는 규칙과 같은 방식으로 만족해야한다”고 말했다. 그는 태어난 규칙 자체가 휠러의“법이없는 법”의 예라고 말했다.
.하지만 정말 그게? Araújo는 Cabello의 접근 방식이 태어난 규칙을 충분히 설명하지 않는다고 생각합니다. 오히려, 그것은 양자 상관 관계 (예 :얽힘에 보이는 것)가 허용되는 이론적 근거를 제공합니다. 그리고 그것은 가능한 모든 법률을 제거하는 것이 아니라 일관성 원칙에 의해 금지 된 법률 만 제거합니다. Araújo는“[상관 관계가 어떤 상관 관계가 금지 된지를 결정한 후에는 남아있는 모든 것이 허용됩니다. 따라서 양자 세계에서는 불법이 될 수 있습니다. 그렇지 않으면 우리가 보는 것보다 다른 일관되지만 여전히 법률에 따른 원칙이있을 수 있습니다.
.가능한 우주
두 연구는 다른 기원에서 태어난 규칙을 철회하지만 결과가 반드시 일치하지는 않지만 Cabello는“우리는 단순히 다른 강박 관념을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. Masanes와 동료들은 양자 역학의 운영 절차를 구성하기위한 가장 간단한 공리 세트를 찾고 있습니다. 우리가 알 수 있듯이 측정이 가능하다면, 태어난 규칙을 별도로 추가 할 필요는 없습니다. 어떤 종류의 근본적인 물리적 현실이 이러한 공리를 일으키는 지에 대한 사양은 없습니다. 그러나 그 근본적인 현실은 Cabello가 시작하는 곳입니다. "제 생각에, 정말로 중요한 임무는 양자 이론이 보유하는 우주에 공통적 인 물리적 성분 인 것을 알아내는 것"이라고 그는 말했다. 그리고 그가 옳다면, 그 성분들은 깊은 법칙이 부족합니다.
분명히 남아있을 것입니다.이 논문들 중 어느 것도 문제를 해결하지 못할 것입니다. 그러나 두 연구 모두 공통점이있는 것은 그들이 적어도 일부가 수학적이며, 수학적이며, 명백하게 임의의 양자 형식이 세상이 어떤지에 대한 간단한 가정으로 어떻게 대체 될 수 있는지 보여주는 것을 목표로한다는 것입니다. “측정 결과의 확률은 파동 함수의 계산 된 모듈러스와 같다”고 말하거나“관찰 가능성은 허미 티아 운영자의 고유 값에 해당한다”고 말하는 대신“측정이 독특하다”고 말하거나“기본 법칙이 결과를 지배하지 않는다”고 말하기에 충분하다. 양자 역학이 우리에게 덜 이상하게 보이지는 않지만 이해할 수있는 더 나은 기회를 줄 수 있습니다.
